液压系统油液的污染与控制技术-论文

PAGEPAGE20液压系统油液的污染与控制技术1.概述提高各类机械的使用性能，延长寿命、降低故障和能耗是我们各类技术人员不懈的努力方向。当前性能优良的各种工程机械在我国各项建设中都起着重要的作用，但是经常发生的各种故障和工作失效也都在苦恼着各使用部门，使之不能称心如意的按期完成任务并取得理想的经济效益。据资料介绍，在以液压能源为驱动力的各类机械中，有40%的故障是因液压系统出现的，而在液压系统中有70%以上的故障是因液压油的污染造成的；从这一比例关系看，液压油的污染问题已成为液压技术发展的主要障碍，近些年国内外的工业界对液压油的污染研究和如何控制已做过大量工作，使液压系统的污染控制在不断总结经验的基础上发展成为一项边缘技术。它包括污染物的分析和检测；控制污染物的来源；减少污染物的生成；油液中污染物的净化；提高元件的污染耐受度；制定污染控制的各项标准等等。下面着重分析各类污染物的性质、危害以及如何控制等方面，并提出开展污染控制工程的设想。2.污染物及其性质系统工作中不需要的物质，并对系统产生有害的作用，统称为污染物；根据其存在的形式，可分为固态污染物（如：金属粉末、矿粉、尘埃、各种氧化物以及各种微生物。）、气态污染物（如：空气、氯气、二氧化碳等）和液态污染物（如：水、溶剂）。污染物的上述三种状态在环境改变时，可能相互转化，这些污染物在有机械力作用时也能产生化学反应。2.1固态污染物——固体颗粒固体颗粒是引起机械磨损的第一因素，也是污染控制研究的主要对象，世界各国都有广泛研究，总结起来有如下几个特性：a.细微性我们所研究的固体颗粒是以微米为计量单位的物质，图2.1-1是放大500倍的尺寸直观图。2μm的颗粒也是研究的重要对象。肉眼可见的最小颗粒尺寸为40μm，一些不同类型的微小固体颗粒尺寸范围见表2﹒1-1。表2.1-1一些颗粒的尺寸范围物质尺寸μm物质尺寸盐面颗粒100可可粉颗粒8～10头发直径70红细胞8白细胞25细菌2滑石粉颗粒10尘埃颗粒＜74b.沉降性存在于油液中的固体颗粒都受到三种力的作用，一是重力，二是扩散力，三是浮力；当重力大于浮力和扩散力时，就会自然下沉，称为沉降性，影响沉降性的因素有：颗粒密度、尺寸、形状、油液的粘度以及力场等，在重力场的作用下，颗粒越小，粘度越大，越不易沉降，但在离心力场的作用下，可以分离。c.聚集性细颗粒粘结或聚集成团块的现象，在许多过程中都可能出现，在大多数情况下是不利的：例如，在颗粒的分细、混合、分散、分类、传输和测量等过程中不希望有颗粒聚集的情况，仅在极少情况下利用聚集作用来形成大颗粒。颗粒尺寸是颗粒聚集的重要因素。尺寸小的颗粒聚集作用大。因而聚集现象常从小颗粒开始，然后发展到大颗粒。据发现，在油箱内经过10微米滤油器过滤的油液，密封储存后，会“生长”出50至100微米的颗粒。颗粒结块的原因主要是颗粒表面吸收了一层聚合物的膜，由自由酸残余的极性结合，使小颗粒结合在一起。一般5微米以下的颗粒结合的趋势较大。液体受到振动时会加速小颗粒的结合。例如，在运输过程中或受到声波和振动等，都可能导致明显的结合现象。因此从油罐中取得的新油，在使用前的过滤是很有必要的。d.吸附性如同墙壁落灰一样，油液在系统内流动时污染物也会附着在壁面上，并逐渐增厚，当受到外界振动冲击后会一起脱落，造成集中污染。它比分散污染更为有害，甚至是致命危害。e.磨损性污染颗粒的硬度对被污染系统的磨损有着密切的关系，在污染控制中，常把硬度视作抵抗表面擦伤的能力。内森（Nathan）等人提出了污染物硬度与表面擦伤磨损之间的关系式：式中V——磨损体积K——磨损常数L——施加的载荷I——滑动距离Pm——流动压力（与磨损表面的延展性有关）Ha——颗粒有效硬度H——表面有效硬度。从式中可知，如果颗粒的硬度等于或小于表面的硬度，表面的磨损量就很小。此式可用来由已知的一种颗粒产生的磨损量推算另一种颗粒可能造成的磨损量。当然，这是在假定二种颗粒的尺寸分布相同的条件下计算的。例如，当材料表面的Mohs硬度Ha=4.0时，氧化铁颗粒（Ha=5.5）对表面产生的磨损量为硅砂（Ha=7.0）的56.9%（假定二种颗粒的尺寸分布相同），即式中：W—氧化铁颗粒对表面磨损量与硅砂磨损量的比值；Vi—氧化铁颗粒对材料表面的磨损量；Vs—硅砂对材料表面的磨损量。被磨损下的颗粒在油液循环时又成为磨损颗粒，循环往复会越来越多，我们称之为链式反应，在系统运行时，必须设法消除。因为在磨损过程中同时产生高温，被磨损下来的颗粒得不到清除，很快就会发生类似集中污染，大量颗粒同时磨损，热量来不及散发，导致磨擦副（如，轴瓦突然抱死）的故障。固体颗粒硬度见表2.1-2表2.1-2固体颗粒硬度颗粒莫式（Mosh）硬度产生原因金刚石9—10加工磨屑大切屑4—7加工切屑硅砂7环境火山灰6.5环境磨损硬金属4—7系统生成金属氧化物（特别是AL2O3）高达9系统生成钨4.5系统生成钴2.5系统生成钛3.5系统生成只有当颗粒硬度大于金属表面硬度时，才能对金属表面产生磨损；反之，颗粒硬度小于金属表面硬度时，对金属产生的磨损作用是很小的。f.催化作用油液中的水和空气，以及热能是油液氧化的必要条件，而油液中的金属微粒对油液氧化起着重要的催化作用。试验研究表明，当油液中同时存在金属颗粒和水时，油液的氧化速度急剧增快，铁和铜的催化作用使油液氧化速度分别增加10和30倍以上。g.尺寸分布和污染度等级颗粒尺寸分布是指一群颗粒中，每种尺寸的颗粒数量。不同的系统，不同的工作条件，不同的净化措施所导至的分布各不相同，对系统产生的损害也相差很大。美国宇航协会1964年制定的NAS1638污染度分级标准以及国际标准化组织制定的ISO4406污染度等级标准在世界范围内得到广泛认可。表2.1-3是NAS1638—1964，是规定在100mL油液中，不同污染度等级所含不同尺寸段的固体颗粒数。各不同尺寸段的最大固体颗粒数的分布与ACFTD细粉尘分布规律很接近。见表2.1-3表2.1-3NAS1638-1964每100mL中含不同尺寸的固体颗粒个数。基于ACFTD（个）颗粒尺寸（μm）等级0001234567891011125—151252505001000200040008000160003200064000128000256000512000102400015—252244891783567121425285057001140022800456009100018240025—50481632631262535061012202540508100162003240050—100123611224590180360720144028805760＞10000112481632641282565121024经过多年的实际使用后，在吸收ISO4406优点的基础上，对NAS1638—1964进行了修改，于1999年晋升为美国国家标准AS4059-1999，然后2001年又修改为AS4059D-2001的最新版本，如表2.1-4 表2.1-4，AS4059D-2001（ACFTD） 颗粒数/100ml级000000123456789101112＞119539078015603120625012500250005000010000020000040000080000016000003200000＞57615230460912202430486097301950038900779001560003110006230001250000＞15142754109217432864173034606920139002770054400111000222000＞25351020397615230661212202450490098001960039200＞5011247132653106212424848170033906780＞100000112481632641282565121020级000＞1195＞576＞1514＞253＞501＞1000该标准吸收了ISO4406的优点，又保留了NAS1638-1664的使用习惯，理论上分析，该标准比较完整。但是在实际使用中，依据当前的设备精度水平，仍以＞5μm尺寸确定污染度等级为合理，所以在GJB420A-1999中明确提出，以＞5μm尺寸的数量确定污染度等级，也便于统一要求。国际标准ISO4406-1991，见表2.1-5等级编码0.91234567颗粒数/mL0.0025~0.0050.01~0.020.02~0.040.04~0.080.08~0.160.16~0.320.32~0.640.64~1.3等级编码89101112131415颗粒数/mL1.3~2.52.5~55~1010~2020~4040~8080~160160~320等级编码1617181920212223颗粒数/mL320~640640~13001300~25002500~50005000~1000010000~2000020000~4000040000~80000表2.1-5ISO4406-1991（基于ACFTD）个数/ml1999年国际标准化组织修订了自动颗粒计数器校准标准，由原来用ACFTD粉尘校准标准ISO4406-1991改为用ISOMTD粉尘校准标准ISO11171-1999（国标GB/T18854-2002等效移植）。颗粒尺寸由最大直径改为等效投影面积的当量直径。新标准的测试数据更加真实，并且已被“美国标准与技术学会”NIST认证。ACFTD粉尘将停止生产。规定今后凡用自动颗粒计数器检测的，都用经NIST认证的新标准。粒径尺寸μm后加当前仍是新旧标准混用阶段，将逐步过度到新标准。为便于对照两种标准方法颗粒直径表示尺寸对比，见表2.1-6表2.1-6ACFTD校准尺寸与ISOMTD校准等效尺寸对比原ACFTD粉尘表示的最大直径＞1μm＞5μm＞15μm＞25μm＞50μm＞100μmISOMTD（NIST）等效投影直径这就说明，用ACFTD校准＞1μm的数量，相当于用ISOMTD校准＞4μm的数量；同理＞5μm相当于＞6μm，＞15μm相当于＞14μm依此类推。如果现在仍然用NAS1638标准测试的（即ACFTD校准）所得数据为5-15μm，15-25μm，25-50μm，50-100μm，＞100μm五个尺寸段的等级，与NIST校准得到的数据：6-14μm，14-21μm，21-38μm，38-70μm，＞70μm五个尺寸段的等级结果是相近的。2.2空气污染液压油中溶解空气是不可避免的，因无论是在生产过程和应用过程中都无法做到与空气隔绝。液压油中空气溶解量是依压力和温度的不同而不同，在1个大气压条件下，矿物油饱和溶解度约为体积的9—10%，不同气体在矿物油中的溶解度见表2.1-7。表2.1-7气体在四种矿物油中的溶解度（%）气体温度℃油ABCD平均氮气207.767.807.597.597.69407.907.957.787.787.85608.378.268.178.158.24808.358.448.478.578.46氧气2014.714.914.514.4314.634014.414.313.914.114.186014.214.113.313.713.838013.313.813.313.813.55空气209.569.399.139.149.31409.509.469.169.339.36609.629.459.519.419.50809.739.649.649.689.67随着压力的增加，各种液体饱和溶解度都是呈线性的增加（如图2.1-2），同时又随温度的降低而不同程度的减小。正因如此，在系统中，不同位置压力是不同的，随着压力的降低，超过饱和溶解度的空气就会逸出成游离态，而当压力升高时又溶解，所以空气在系统中有时溶解有时逸出，这种时隐时现的变化过程对系统有很大的危害，是系统中的顽症。2.3水污染液压系统难免在不同程度上存在着水份。水可以溶解在油中（称为溶解水），也可以自由状态存在于油中（称游离水）。自由状态水可以是沉淀水或乳化液。沉淀水由长期静止的水珠形成，存在于液体的底部或顶部，这取决于它们的比重。对矿物油，水一般沉淀于底部，对磷酸酯或含氯碳氢化合物等合成液，则浮于顶部。在充分搅动的情况下，如通过泵的多次循环，水与液体可组成乳化液。乳化液的稳定性决定于液体的性质和状态，液体粘度越大，与水的乳化液越稳定。表面活性添加剂及污染物的存在，可使油包水类型的乳化液很紧密，从而减慢破乳化的速度。乳化液的离析倾向与液体的表面张力有关，液体的表面张力越高（高于35达因/公分），破乳化性越好；表面张力越低（低于25达因/公分），就可能存在永久性乳化液。添加剂和破乳剂对乳化液的持久性影响很大。氧化物和颗粒状污染物可增加乳化液的持久性，可溶性氯化物等破乳剂可使乳化液加速离析。石油基油液与水接触或在潮湿的环境下可吸收微量的水气。吸水程度与液体基本成份及所用的添加剂有关。在正常环境下，经过8周可达到饱和量。几种常用油的含水饱合度a﹒液压油200～400ppm(0.02～0.04%)b﹒润滑油200～750ppm(0.02～0.075%)c﹒变压器油30～50ppm(0.003～0.005%)为减少水对油液产生的危害，应尽可能减少油液中的水份，应控制在饱和溶解度以下，油对水的溶解度是随温度的升高而增加，图2.1-3一种透平油的溶解度随温度的变化曲线。3各种污染物对液压系统的危害3.1固体颗粒污染的危害油液污染是引起各种机械寿命缩短和工作故障的主要因素。据前苏联统计资料，在100次飞机失事中，有20起是由于液压系统污染引起的；污染的危害主要表现如下：3.1.1运动件表面磨损引起功能失效a.液压泵和液压马达功能失效高速运转中的配油盘与转子、柱塞与柱塞孔、滑靴与滑履等部件，都是在大载荷、小间隙条件下工作，油中的固体污染物可破坏油膜，划伤运动表面。不但润滑性变坏，同时又生成大量金属颗粒，链锁反应，恶性循环，造成出口压力降低，回油量加大，效率降低，发热量加大，导致功能失效。b.齿轮齿面磨损引起失效各种齿轮在工作中是滑动和滚动同时存在，而齿轮的主要工作状态是重载、薄油膜，大于油膜厚度尺寸的固体污染物又都能进入齿面接触区，造成齿面的剧烈磨蚀，硬度大的颗粒划伤更为严重；此外，重载摩擦的瞬时高温可使齿面产生凹痕，反复工作使表面疲劳破坏，引起机械失效。c.其他元件表面破坏各种类型的运动件如轴承、油缸筒、阀类以及密封装置等，都会因油液污染并在高压、高温和高速条件下不断破坏工作表面，到一定程度引起功能失效。d.密封胶圈的破坏胶圈是流体系统不可缺少的密封装置，密封件的寿命与油液固体污染度息息相关，污染度越高，固体颗粒嵌入胶圈摩擦面的机会越多，造成胶圈被划伤、剥落，也对运动件表面产生磨蚀，产生新的污染物。温度越高，对胶圈的损坏越大，漏油量增大，温度升高，效率降低，产生链式反应，加速磨损。3.1.2金属颗粒促进油液氧化变质由于油液中进入水份和空气，可引起油液乳化，也可产生微生物和胶质状物质，更易引起酸碱度的变化，尤其是在某些金属微粒的作用下产生严重的腐蚀，还可能产生偶发故障。a.运动件被卡死破坏油膜，增大摩擦力引起油液发热烧结而剪断液压泵柱塞头，使液压泵瞬间失效，系统失去工作能力；也有因锈蚀引起电磁阀的滑阀卡死而不能换向，造成飞机在空中放不下起落架的严重故障。b.堵塞网孔因油液变质生成微生物和各种胶状物质，可堵塞各类滤油器的网孔，造成滤油器功能提前失效；尤其是最后机会油滤失效后，可引起微孔被堵塞，或者是伺服阀的喷嘴挡板被堵塞，造成伺服控制系统失去控制功能，酿成严重后果。c.油液粘度变化粘度是液压油的重要指标，要求能满足低温条件下顺利起动，也可以保证高温条件下的润滑性能，在水、空气和金属微粒的作用，破坏了油液的理化性能，也破坏了油液的粘度指标，无法满足高、低温条件下的工作需要。d.油液酸值的增加酸值是液压油的重要指标，严格的限制在一定范围内；例如，YH-12航空液压油新油酸值小于0.05mgKOH/g，而换油指标为0.2～0.3mgKOH/g，酸值增加以后，会对系统的附件产生严重的腐蚀。3.1.3固体颗粒污染的试验结果在系统中存在与配合间隙尺寸相当的固体颗粒，直接进入配合面，桥接于两配合面之间，引起严重磨损。美国玻尔公司将与元件间隙尺寸相当的固体颗粒清除掉，对系统产生良好的结果。见表3-1表3-1，与配合间隙尺寸相当的固体颗粒净化后的效果元件效果泵/马达泵和马达的寿命提高4～10倍液压传动元件寿命提高4～10倍阀各种阀的寿命分别提高5～300倍滚子轴承疲劳寿命延长50倍径向轴承疲劳寿命延长10倍油液延长油液寿命，降低油液成本世界各研究机构在进行研究污染度对寿命的影响时，所给出的研究结果差异很大，主要是因为工作环境、污染物成份以及颗粒硬度等因素不同。一般来说（以NAS1638标准），污染度降低一级，寿命延长一倍，反之亦然。假定使用污染度为7级的油液，机器寿命为10年，同样是这台机器将污染度降低几级寿命就有惊人的变化，如表3-2：表3-2油液污染度与机器寿命的关系污染度NAS1638，级11975寿命，年0.632.510403.2水污染的危害水对液压系统的危害也是相当严重，它可使油液粘度下降，破坏油膜，引起严重的机械磨损；可产生酸性物质，增加油液的酸值，对系统增加腐蚀；在低温下，游离水常以冰块形式存在，会引起运动件被卡住；水的含量超过300ppm就可以引起碳素钢或合金钢生锈，造成滑阀被卡死，操纵系统无法正常工作，现实中发生过因水污染飞机起落架放不下的故障。液压油中含水量的不同，对轴承寿命的影响，美国TimkenBearing公司的试验结果见图3-1：*取自：“MachineDesign”July86，“HowDirtAndWatertEffectBearingLife“byTimkenBearingCo.水和金属对油液氧化加速的影响，美国Pall公司的数据见表3-3。

表3-3有金属颗粒时水对氧化的影响序号金属颗粒水小时酸值变化*1无无3500+02无有3500++0.733铁无3500++0.484铁有400+7.935铜无3000+0.726铜有100+11.03*当酸值超过0.5时，表示油质恶化。试验结果说明，在油液中含有铜和铁金属微粒时（这也是不可避免的）只要有水的存在，油液的酸值可迅速增加到不可容忍的指标。3.3空气污染的危害空气对液压系统产生的危害，各种文献资料中也多有论述，但在工程实践中往往被人们所忽视；空气在液压油中也是两种状态存在，一是溶解在油中，一是以游离状态存在；以游离状态存在对系统的破坏最为严重；它可降低油液的弹性模量，引起系统工作响应迟缓；引起油液氧化而变质；引起气穴使泵打不出油而干磨擦；气泡迅速被溶解的压缩过程产生高温爆炸，不但可大量生热引起油温升高，还由于爆炸力的大小难于计算和测试，此额外的作用力在油泵设计中往往被忽略，从而引起油泵配油系统的气蚀，加速配油盘破裂等。仅以飞机液压系统为例，论述空气污染对系统的危害。3.3.1降低油液的弹性模量当油液中有游离气体存在时，就大幅度降低油液的弹性模量。例如：液压油在无游离气体时弹性模量平均值为1510MPa，如果夹杂空气，油液的弹性模量会降到353MPa以下，能造成系统响应迟缓，工作不稳定，会影响飞机操纵的跟随性，尤其是自动化程度很高的第四代战机，要求高机动性，快速响应，如果出现跟随性不好，又是低空飞行时，会引起飞行员惊恐，甚至可造成机毁人亡的事故。由于液压弹性增大，影响操纵力的稳定，迂有复合操纵，大流量条件下工作，瞬间有气泡析出，更容易产生操纵不到位的情况，对于全电传自动操纵影响更大。由于这一故障的发生是随机的，有太多的不确定性因素，造成故障现象不易再现，也为故障分析工作造成困难。以至于长期存在的问题但一直被忽略。3.3.2产生气蚀当系统的油液由低压区进到高压区时，气泡会瞬间被压缩破灭，此时产生的局部高温和高压冲击，造成元件表面恶化和剧烈振动，气泡破裂会产生巨大的冲击力。例如，某航空液压件厂，试验台油箱用氮气直接增压，在试制某型液压泵时，发生了配油盘被打裂的故障，配油盘是高强度合金钢制造，虽然有多年行之有效的设计经验，但在28MPa压力，4200转/分时产生的爆炸力远比以往的21MPa压力级的大，说明含气量大，会产生一些事前无法估计的冲击力。伴随着高压和高温火花，除了引起机件破坏以外，还产生油液燃烧后残留的灰分，这些灰分来源于油中的无机盐、金属有机物和灰尘等，当灰分进入积炭中变得坚硬耐磨，加剧了机件磨损。3.3.3引起电液伺服阀工作失灵四代机是全电传操纵，大量应用电液伺服阀，以实现快速准确的改变飞机姿态，而当油液中有微小气泡出现时，气泡会影响节流孔的通油能力，可影响力矩马达的正常工作，造成伺服阀工作瞬间失灵，影响操纵特性，自动化程度越高此项问题越突出。3.3.4增加系统的温升当油液中气体含量太多，低压区必然游离出气泡，而气泡被压缩耗费的能量转变成热量，引起系统温升严重，温度过高会带来一系列弊病，例如：胶圈老化，系统漏油，油液润滑性能变差引起磨损严重，有资料介绍，当系统中油液温度降低8℃，油液寿命即可延长一倍。为得到因含气量的增加引起油温升高的定量概念，于2003年戥同公司同贵阳液压件厂共同做一次试验；试验状态是用同一个试验台，使用同一台液压泵，只改变油箱状态，一个状态是用氮气增压的油箱，含气量约为27%，另一个状态是与空气隔离的闭式油箱，含气量约为5%；试验程序相同，记录并对比在两种油箱状态下，液压泵进口油温T1、出口油温T2和泵壳体回油温度T3；试验结果见表3-4表3-4含气量对油液温度影响的试验数据测试点状态油泵进口平均温度T1油泵出口平均温度T2泵壳体回油平均温度T3进出口温升T2-T1壳体回油温升T3-T1氮气增压油箱状态40.1℃51.5℃64.5℃11.4℃24.4℃闭式油箱状态38.5℃42.3℃49.3℃3.8℃10.8℃试验结果说明：（1）油泵出口与进口温升之差T2-T1，闭式油箱只相当于气体增压油箱的33%；（2）油泵壳体回油与进口温升之差T3-T1，闭式油箱只相当气体增压油箱的44%。（3）减少油液中含气量对于降低系统温升，有着十分可观的效果。此外，依据本试验流量测试结果，闭式油箱显著的增加了流量，当油泵进口表压分别为0.061MPa，0.041MPa，0.01MPa和0MPa时，闭式油箱出口平均流量为33.73升/分，而气体增压油箱平均流量为32.26升/分，容积效率增加了4.5%，显著的增加了油泵的有效功率。3.3.5促进油液氧化变质空气含量增多必然对油液产生氧化腐蚀，增加油液的酸值，缩短油液的使用寿命。此外，气泡可破坏油膜，造成摩擦副失去润滑，即破坏了摩擦表面又生成了大量污染颗粒，等等；总之系统中空气含量增加，给系统带来的危害是巨大的。4.应全方位实施油液的污染控制提高液压系统的可靠性和寿命除强度和磨擦副的合理设计以外，强化污染控制技术在各生产阶段的推广是重要途径。4.1污染控制设计要求

一个系统或一个附件使用性能的好坏，主要是取决于设计的好坏，材料选择和结构设计各环节都是很重要的。4.1.1首先是选择与各种材料相容性好的工作介质，如果介质，也就是液压油选用不当，例如粘温特性、相容性、酸值、抗磨性、抗剪切性、热稳定性不好，就会引起系统磨损加剧，腐蚀严重，使系统提前失效。4.1.2结构设计中应贯彻提高附件污染耐受度原则，应合理的选择间隙和最小孔径，尽可能降低因污染所能引起的严重后果。在选择材料和磨擦副时应贯彻低污染生成率原则，因低的污染生成率是降低系统污染度等级的关键环节。除产品交付之前就带进系统的污染物以外，主要是在工作过程中生成的，有磨擦、冲刷、淤积，锈蚀、发热、聚合等污染现象，这些都是设计阶段应加以注意的方面。关键的摩擦副应选择有试验结论的材料和参数。4.1.3油液中固体颗粒的净化，是系统设计时不可忽视的重要内容，首先是装机滤油器的参数选择和配置方案，其次是采用地面净化装置定期净化。4.1.3.1滤油器及主要参数将系统工作中自身生成的和外面侵入的各种固体污染物从油液中清除，最普遍使用的方法是过滤。它是利用多孔性的介质滤除油液中非可溶性固体颗粒，称为滤油器。滤油器中的过滤元件有以下几种：金属编织网式、绕线式、合成纤维式、纸芯式和烧结式。金属编织网式、绕线式可以经过清洗后重复使用，纸芯式和烧结式是不能经清洗后重复使用，必须定期更换。按照滤材过滤方式分类，滤油器可分为表面型和深度型两大类，表面型滤油器的通孔认为大小是均匀的，因而，所有大于通孔尺寸的污染颗粒均能被堵截在表面，而小于通孔尺寸的颗粒均能通过，金属编织网式、绕线式和片式属这一类。深度型过滤器的过滤元件为多孔性材料，内有曲折迂回的通道，对固体颗粒的清除主要是靠堵截沉积和吸附作用，深度型过滤器过滤介质的孔径是不均匀的，它的过滤作用有更大的机率性，属于这种类型的过滤器有烧结式、各种纤维和纸芯式等。滤油器的主要技术参数a.过滤精度绝对过滤精度是反映滤油器网孔最大直径为多少微米，也是反映该滤油器对不同尺寸颗粒的滤除能力。它是选择滤油器时第一个重要的参数。它决定着系统油液污染度水平的高低。一般来说滤油器精度越高，则系统的污染度等级也就越低。但是到目前为止，尚没有滤油器精度与油液污染度水平的对应关系，问题太复杂，因为无论是表面型还是深度型滤油器都没有可能100%的将大于该精度尺寸的颗粒截住，都有穿过网孔的机会，而随着堵截量的增大，和系统压力流量的波动，又都不同程度的将污物释放到滤油器的下游，所以过滤精度也是个不断变化的参数。当前对于较高精度的系统应选择不低于5μm精度的滤油器。b.过滤比（βx值）过滤比是评定滤油器过滤精度的另一个重要指标，是反应过滤器对不同尺寸固体颗粒的过滤能力，过滤比β的定义是滤油器上游加入的某一尺寸的污染粒子数除以下游仍存在的该尺寸的粒子数，例如在滤油器上游加入5μm的粒子100个，在滤油器下游仍截获有5μm的5个，则表示为：对于表面型滤油器过滤比可表明网孔的均匀程度，对于深度型也表明它截获和吸附该尺寸颗粒的能力。但是它们都是随过滤时间的增长逐渐降低，一直到失效，甚至最后还可能到βx＜1，是系统的污染源。工程上滤油器的该指标一般都是指多次通过达到某一压差时的平均过滤比。过滤比有几个特殊值：βx=1最小过滤精度，是表明对于X尺寸的颗粒没有过滤能力；βx=2平均过滤精度，表明对于X尺寸的颗粒滤掉50%；βx=75绝对过滤精度，表明对于X尺寸的颗粒滤掉98.7%。c.对于当前过滤比βx指标的疑义现行的过滤比的指标是滤油器生产研制单位为检验过滤器性能，在特定的试验条件规定特定的试验方法而规定的精度指标；实践证明，这一指标越高也确定表现出净化能力越好；但是这一指标没有表征该滤油器在系统工作中的真实净化效果。现行过滤比定义为βx=Nu/Nd,即上游单位液体容积内大于某给定尺寸的污染颗粒数与下游单位液体内容内大于同样尺寸的污染颗粒数的比值，假如过滤比为75，即上游是下游同样尺寸的污染物数量的75倍，而75倍可以跨越NAS1638的6个级别，这就说明只要有一次通过即可以降低6级，可以从NAS163812级降低到6级，这是从来没有过的事。我们需要的过滤比应在真实系统中，每次通过表现出的净化能力；而现行过滤比指标，是生产部门鉴定过滤能力的一种工艺方法，现行的βx值在用户使用中没有表现出应有的过滤率，没有反应真实的净化效果。我们希望得到在要求的污染度等级和相应的压力、流量条件下，每次通的过净化能力，如果我们能够掌握在真实系统中滤油器每次通过的净化能力，又可以对液压元件实现每次通过污染生成率的控制，我们就可以准确掌握系统实时的污染度等级。只要将系统生成的污染物，能即时被滤油器滤出，保证滤油器过滤比βx≥1，则可以保证系统污染度不上升，实现系统污染度指标的良性循环，只有当滤油器滤出污染物超过纳污容量时，可出现滤油器压差上升，过滤比下降，出现βx＜1，油液污染度上升，此时必须更换滤油器。所以选择纳污容量大一点的滤油器是有利于系统净化的。（注：关于βx指标的论述见论文“过滤比指标应代表滤油器真实的净化能力。）实现了上述愿望，就可能实现液压系统长寿命，无故障的工作，也可以减少经常检测和清洗的烦恼。我们认为是完全可以实现的。d.压差特性当有液流流过滤油器时，由于自身的阻力在滤油器两端总是形成压差。压差特性也是衡量滤油器综合性能的重要指标，它是流量、油液的粘度、孔径尺寸、通道的形状和总过滤面积的函数。国产飞机高压油滤规定在额定流量时压差ΔP≤0.25MPa;GB/T20080-2006规定高压滤为ΔP≤0.1MPa，回油滤为0.05MPa，吸油滤为0.01MPa。选择滤油器除精度、过滤比以外，还要求在额定流量下压差越小越好。则在过滤材料和油液牌号确定的条件下，过滤面积越大压差越小，而过滤面积越大，滤油器体积也越大，除安装空间受限制以外，造价也越大。e.纳污容量该纳污容量是滤油器进出口达到极限压差时加入的污物总量，叫视在纳污容量是衡量滤油器使用寿命长短的重要指标，在保证精度和压差特性的条件下纳污容量越大越好。容纳的污染物越多说明可以达到极限压差的时间越长。f.安全阀开启压力该压力指标是防止因阻力过大滤芯骨架被压扁而设置的，军机高压油滤不带安全阀，民用几乎都有安全阀，该指标为多少合适？国标GB/T20080-2006规定按协议，究竟协议应该规定多少？美国军用规范MIL—F—8815规定回油滤为100psi，相当于7kgf/cm2,俄罗斯飞机回油滤为7kgf/cm2,高压油滤为9kgf/cm2。建议我们工程机械也不要太低，太低易出现冬天大流量工作时频繁开启，造成大量污染物直接进入液压附件工作区，此时等于没有油滤，故障频频发生。该指标应慎重规定。g.滤芯压偏压力该指标是因高压油滤不带安全阀而防止压差过大将滤芯骨架压扁而设置的，美国军用规范MIL—F—8815规定为1.5倍工作压力，该指标在生产中很难实现，工作中也很少遇到，究竟规定多少合适？国内尚未见到有明确的规定。但是只要是不带安全阀的油滤，总得有压扁压力指标要求，由于我们在工作中遇到过滤芯被压扁的故障，建议无论如何滤芯压扁压力不能小于1/2额定压力。综上所述，机载系统工作中的净化主要是采用滤油器，不同精度等级的滤油器可以满足不同净化水平要求的设备。但是滤油器仍然存在许多不足之处，当油液粘度一定时，精度越高，压差越大；如增大纳污容量，势必加大体积，结构空间受限制；深度型滤油器性能好，但是不能清洗重复使用，需经常更换备件；另外，滤油器多数有旁路安全阀，以防压差过大，但在低温大流量时易出现安全阀开启，则出现大量污染物进入系统，为使用维护工作带来困难。这些都是选择滤油器时必须综合考虑的问题。4.1.3.2滤油器在系统中的配置滤油器配置在液压泵出口和总回油路，有时也在油泵进口处配置粗滤网，这是尽人皆知的，但是该问题也应慎重对待，不同部位应采用不同参数；根据使用经验，降低液压油箱中油液的污染度，是减少污染物生成最为有效的手段；建议提高回油滤精度，增加纳污容量是最为重要的参数。对于较为精密的系统，高压与回油滤过滤精度为5μm较为理想。如果是非行走机械设置在厂房内的系统，采用油箱自身旁路循环净化最为有利。4.1.4热设计在液压系统设计中热设计是不可忽视的重要方面，忽视了热平衡温度，将会在产品的使用中带来无法克服的困难。热也是液压系统的污染，可称之为能量污染，也需要在系统设计时采取控制措施，提高系统总效率，尽可能减少生热环节，对于不可避免的生热，应采取有效的措施散发出去，使系统温度保持在与液压油和非金属材料相匹配的水平上，否则将会引起胶圈损坏、油液变质，系统到处漏油以及损坏液压泵等故障。4.1.5推广采用闭式油箱4.1.5.1采用闭式油箱的必要性液压油箱中的油液与空气直接接触，即开式油箱，是外界污染物进入液压系统的主要渠道，尽管开式油箱都加“呼吸器”阻挡空气中灰尘进入，但是这种滤网起到的作用仍然有限，因为对系统危害最为严重的固体颗粒是5~15μm的尺寸范围，空气呼吸器对它的堵截作用很小，此等尺寸的固体颗粒，尤其是硬度很大的SiO2、Al2O3等氧化物，跨接与摩擦副之间，对摩擦副的磨损最为严重，也可以与油混合在一起造成淤积或卡死滑阀，引发突然故障。另外，大气中的水分和空气都通过开式油箱进入系统，它的危害在前面已经阐述。采用闭式油箱，隔绝油液与大气的通道，是堵截污染物侵入系统的有效方案。4.1.5.2关于采用闭式油箱的排气问题采用闭式油箱是液压系统设计的方向，它隔绝了空气和空气中的固体污染物及水分；但是也存在着一旦空气进入系统中排除就困难的问题。以飞机为例，当前的军用飞机都采用闭式油箱，为保证液压泵进口瞬间提供足够的流量，油箱必须增压，即使在地面停放时，油箱也有增压压力，例如：不同增压方式有0.02~0.12MPa的表压力，此种压力时空气的饱和溶解度约为12~22%，所以即使在地面停放时，通过油箱放气活门排气，也只能排除比12-22%多余的空气，所以有资料介绍闭式油箱的系统含空气量超过30%。鉴于此，采用闭式油箱的液压系统，除应设置排气活门以外，还必须采用地面净化装置，定期连网净化，地面净化装置的油箱通大气，才能将系统的含气量排除到小于10%进而达到6%的含量。4.2污染控制工艺要求一个良好的污染控制设计方案也必须有一个良好的工艺手段予以保证才能取得满意的效果。杜绝系统先天污染完全取决于工艺过程的保证。4.2.1零件加工阶段应有合适的光洁度和锐边倒圆，以防微粒的剥落；在工序转移阶段应有严格的清洗手段，并经过检验合格后，才能采用合适的包装方式转移到下道工序。4.2.2在装配阶段应有清洁的装配环境，装配间应有污染度等级要求，设置能滤出空气中污染物的通风设备；操作人员衣着应有防尘措施。产品装配完成后应经过严格的清洗，先在清洗试验台上进行磨合运转，以除掉先期可剥落的粒子，试验台应设置合适的过滤装置，过滤精度应与元件的间隙相匹配，以保证元件出厂能达到要求的污染度指标。4.2.3管路的净化程度是影响系统先天性污染水平的重要环节，在系统安装前先对导管内腔严格净化，净化后包装保管。焊接的导管应注意清除氧化皮。4.2.4检测设备为能随时掌握不同阶段液压油的污染度指标，油液污染度检测手段是必须的；当前国内外的检测设备较多，有显微镜法、显微镜样板对比法、称重法、自动颗粒计数法等。如果没有仪器保证而只用目测办法检查污染度是绝对不行的，因为人的视力只能观察到＞40μm的颗粒，而实际油样的污染粒子占比例最多的是15μm以下的，所以为保证一个清洁系统的实现，符合精度要求的检测手段是必不可少的。4.3污染控制使用维护要求

一个设计和制造都很优良的机械，如果没有与之相应的维护水平，则该种机械也不会发挥出自己的应有水平，维护水平包括两个方面，一是人员素质，是指维护人员应经过污染控制的基本训练，对污染的危害，以及维护中应注意哪些内容都应有清楚的认识。第二是应具有相应的净化设备，没有相应的净化设备是无法达到净化水平的要求。4.3.1维护设备系统的加油、清洗和调试，常常与其他维护设备相连接，这些维护设备如果不进行污染控制，必然带入系统。为防止维护设备污染系统，目前各国都要求维护设备的污染度水平低于系统的污染度水平至少一级。4.3.2各种附件试验台系统中的各种元件故障后返厂修理，修理后必经性能试验台测试，即使装配前有良好的清洗工序，而试验台达不到污染控制等级要求，也同样在试验后有许多污染物进入元件，装机后对系统产生不利影响。这就是为什么有的元件刚刚返修几天就又出故障的原因。4.3.3维修和加油在系统维修和更换元件时，系统要排油、元件拆下来、换上新元件、再注入新油，这一过程有许多机会把污染物带入系统中，例如元件拆卸后，管路端头保护不好，甚至不保护，这时雨水、砂尘等许多污染物会进入系统。由于当前液压油的标准中大多没有污染度指标要求，所以出厂的液压油污染度都比较严重，不要认为新油就是清洁的，所以，向系统加入的液压油，必须先经过净化，达到符合加油标准时才可以加到系统中去。4.3.4提高使用维护人员的技术素质提高使用维护人员的素质是至关重要的，是减少污染物侵入系统的重要因素；使用人员必须经过培训，懂得污染控制对安全工作和延长设备寿命的重要性，否则任何机械都是在大自然环境中，尤其是行走机械，风、砂、雨、雪都无法避免，必须依靠提高使用人员的素质，在不同的环境条件下，发挥主观能动性，采取可能的措施，防止污染物侵入，保护系统清洁。5.系统的净化5.1固体颗粒的净化，最常用的方法是过滤净化，采用不同的滤材制成滤油器或，单独安装于系统上或以过滤器为主要元件制作成大型的净化装置。5.1.1滤油器的选择不同污染度等级要求的系统，应选择不同参数的滤油器，选择滤油器时应考虑油液粘度、使用环境、工作条件等因素，原则上过滤精度越高可保持系统污染度越低，纳污容量越大保持的时间可越长。防止旁通阀频繁开启，旁通阀开启压力不应太小。建议滤油器的精度如下表污染度等级NAS1638（级）深度型滤油器绝对过滤精度（μm）6-7＜58-9＜710-11＜105.1.2净油机的选择只凭在系统中设置的滤油器是不能完全满足系统的污染度要求的，一是各种系统使用条件差别较大，污染生成率不同，维修次数不同等多种因素，必须依据污染度检测结果对系统采用补充净化。分几种情况：行走机械的液压系统可实行地面定期净化，固定设备的液压系统可同时采用滤油器和净化装置，尤其是大型设备，有集中泵站的系统，采用为油箱专门设置的旁路净化装置与系统上的滤油器并存净化效果会更好。现行的净化装置主要有以下各种：a.滤油机以滤油器为核心元件的净化设备，这是社会上普遍使用的，以其小巧玲珑、价格低廉、使用方便等优点多年来占据了净油设备的统治地位。随着污染物检测手段的不断提高，各种类型高精度滤材也不断涌现，目前，过滤精度已到5μm、3μm甚至有0.5μm的。在滤油机上也有采用分级过滤再加大过滤面积的大型滤油机，也可以取得较好的净化效果。但是，对于地面维护设备，他的缺点在使用维护中却逐渐被暴露出来：（1）不能滤除系统中的水份和空气，只能净化固体污染物；（2）深度型滤油器无法清洗重复使用，随着使用时间的增长，过滤比逐渐降低，直到过滤效率＜1，必须随时更换滤芯，需大量备件。（3）表面型滤油器虽可重复使用，但精度低，无法达到10μm以下的过滤精度，且纳污量小。（4）滤油器是以堵截污染物为主要净化手段，当被堵截的污染物增多以后还会随液流的冲击，又从网孔中释放到下游，最后出现截获的与释放的污物相等的局面，此时就失去过滤能力了，而且由于污染报警装置的精度很低，过滤能力的尺度很难掌握，造成很长时间净化也难以达到要求。（5）关于旁通阀的开启问题旁通阀本是为保护滤芯骨架不被压扁而设置的，但是当旁通阀开启之时，就出现大量污物涌进系统，造成系统重大污染。一般旁通阀开启压力是在25~30℃条件下以32号滑油为标准制定的，而实际使用的油液除航空液压油粘度较小以外，多数为46号以上，在北方冬天低温条件下使用，对于没有滤芯压扁压力指标的油滤完全可能出现油滤旁通阀频频开启，造成系统频发故障，失去过滤效果。（6）净油机的自生污染该类型净油机为维持油液在系统内循环，必须采用油泵作为动力源，无论选用哪种油泵，都会有自生污染，尤其是当油泵进口油液的污染度超过NAS163810级以上，油泵的自生污染也非常严重，这也加重了作为净化核心元件的滤油器的负荷，缩短了滤油器的寿命。以滤油器为净化元件的滤油机，存在着上述这些缺点，导致使用一段时间以后，过滤效率越来越低，已逐渐被多功能的净油机所代替。b.离心分离净油机该种净油机是利用离心分离技术将固体颗粒和游离水从油液中分离出去的设备。它是利用油液高速旋转，使大于油液密度的固体颗粒和游离水产生更大的离心力，可从油液中被分离出去的原理而研制的。俄罗斯TECAP公司推出的COг－913系列产品就属于此种类型，可净化各种石油基润滑油、液压油、柴油以及植物油等，还有防爆型可净化柴油和煤油的。对于固体污染物净化性能优良，一次通过可除去绝大多数5μm以上微粒，据介绍清洁度可达ГOCT172165级。该净油机已经比滤网式净油机有较大的进步，不但可以除污物也可以排除游离水；但是该净油机也有着一定的缺点，它无法排除油中溶解的空气和溶解的水，使用中也存在着内压升高后必须停机排气的要求，为使用带来不便。5.2水和空气的净化5.2.1真空滤网式过滤净油机为增加除水、除气功能，它是在滤网过滤基础上增加真空室，使油液流过时不断将油中的水蒸发后和空气一起排除，该种净油机实现了固、液、气三态污染物的净化。美国波尔公司的HSP净油机就属于这种类型，除效率较低以外滤油器存在的缺点，如经常更换备件以及可能为系统带来的二次污染问题仍然是它的短处。5.2.2采用GHP离心真空复合式净油机，是集除污、除水、除气功能于一身的高效能净化装置，利用离心分离原理，将大于油液密度的金属和非金属颗粒及水分分离出去，同时也能将游离空气与油液分开而排除；此外，对于溶解于油中的水和空气，是利用高速离心旋转运动时自然产生负压的特性，将超过-0.08MPa压力时饱和溶解量的水和空气，从油液中自然析出，在排气装置的作用下，排除机器外。该净油机清除固体污染物的能力可到NAS16385级，除水可小于100ppm，除气可到4%。而且对大含水量的油液可以实现连续排水的功能，是目前最为理想的油液净化装置。6污染物的检测为监控油液的污染度水平，必须定期检测，而液压油中污染物数量多少，即油液污染度等级的鉴定，必须用相应的仪器设备，不能用目测，因为对系统破坏最为严重的颗粒尺寸是5~15μm。人们的眼睛只能看到大于40μm尺寸的颗粒，所以即使是NAS163812级的油样，用目测也绝对是清洁的。看不到任何污染物。目前常用的固体污染度等级检测方法和污染物种类及含量的检测方法，主要如下：6.1显微镜记数法用来测量油液的污染度等级，各国都有自己的显微镜记数方法，但大同小异，基本原理如下：用100ml的液样，用孔径按国标GB/T20082-2006的规定为2μm(c)的滤膜过滤，过滤后将滤膜烘干，放在显微镜下统计浓度有代表性的一部分面积不同尺寸范围内的颗粒数。再换算成总面积，计算出各种不同尺寸段各有多少个颗粒数。查表对应是那一个污染度等级。此种方法，简单易行，价格低廉，但小颗粒尺寸的数量精度稍差。6.2自动颗粒计数法是一种先进的检测设备，世界已经有许多种类，我国也引进不少消光法或遮光法原理的自动颗粒计数器。它是由一个光源产生一束聚焦的光线，光线通过被测液流后照射到光电管上，由光电管将光能转换成电信号，当液流中有污染颗粒，则电信号变化，电信号强弱与污染颗粒尺寸成正比，再记录通过的脉冲信号数量，直接通过计算机给出检测结果。该记数器的特点是整个分析过程完全自动化，操作方便，节省时间，消除人为因素，价格较高，精度在10%~20%。该记录仪，有台式和在线式；台式用于试验室分析，要求条件更严格，测试结果也更准确；在线检测仪直接联在系统上用于现场实地检测，应用方便，可连续记录。生产厂主要有美国：太平洋、颇尔、派克公司等，德国：克劳斯、帕玛思、贺德克公司等。6.3显微镜对比法该种方法是一种近似的测试方法，采用对比显微镜，有一个目镜，两个物镜，其中一个物镜放标准样片，样片上有5~12级不同污染度等级的典型样件，另一个物镜上放取样烘干的滤膜。同一个目镜同时显示样件和滤膜两种视场，可对比滤膜的污染度和标准样件的污染度，确定为那个污染度等级。该种方法用于生产现场比较方便。与自动颗粒计数法测试结果，误差不超过1级。6.4光谱分析仪用于分析污染物所含元素，判断污染物来源，分析污染物产生原因，常用的主要有流体发射光谱或流体吸收光谱，将测出光谱与标准分析曲线对比，确定属那种元素及含量多少。7.污染控制技术的普及和推广油液的污染已成为科学技术发展的重要障碍，世界各国已逐渐认识到油液污染控制是延长机械寿命、减少故障、节约能源和保护环境最有效手段之一。先进国家都大力开展油液污染控制技术的研究，包括污染机理，摩擦副，油液净化手段，各种检测手段，滤材研究以及各项标准的编制与实施等等，已构成一门独立的学科。国外的许多资料介绍，污染度降低一级，设备寿命延长一倍，如果我们能将我国机械设备由目前绝大多数超过NAS163812级降低到8级，理论上寿命延长16倍，即使是2倍，如此庞大的中国，它的经济效益和社会效益是无法估量的。仅以2005年国内滑油用量为300万吨计，当寿命延长一倍，以每公斤20元计，就是节约600亿，而这仅仅是一小部分，对于减少故障、提高劳动生产率和延长设备使用寿命的价值，简直是惊人的。而有如此重大意义的新兴学科，在我国尚未被普遍重视，许多部门对此，知之甚少，这是应急待解决的。7.1加强宣传，提高认识